並行模式庫PPL應用實戰（一）：使用task類創建並行任務

自 VS2010 起，微軟就在 CRT 中集成了併發運行時（Concurrency Runtime），並行模式庫（PPL，Parallel Patterns Library）是其中的一個重要組成部分。7 年過去了，似乎大家都不怎麼Care這個事情，相關文章少少且多是蜻蜓點水。實際上這個庫的設計相當精彩，勝過 C++ 標準庫中 future/promise/async 系列許多，所以計劃寫一個系列探討 PPL 在實際項目中應用中的各種細節。

好了，從最簡單的代碼開始，先演示下如何使用 task 類和 lambda 表達式創建一個並行任務：

// final_answer.cpp
// compile with: /EHsc 

#include <ppltasks.h>
#include <iostream>

using namespace concurrency;
using namespace std;

int main(int argc, char *argv[])
{
    task<int> final_answer([]
    {
        return 42;
    });
    
    cout << "The final answer is: " << final_answer.get() << endl;
    
    return 0;
}

使用 Visual Studio 命令行工具編譯

cl /EHsc final_answer.cpp

執行結果為：

The final answer is: 42

task 類的原型如下：

template<typename _ReturnType>
class task;

其模板參數 _ReturnType 是任務返回值類型。 task:get 方法則用於獲取返回值，原型如下：

_ReturnType get() const;

task 類的構造函數原型：

template<typename T>
__declspec(noinline) explicit task(T _Param);

可以看到這是個模板函數，其參數 _Param 可以是 lambda 表達式、函數對象、仿函數、函數指針等可以以 _Param() 形式調用的類型，或者 PPL 中的 task_completion_event<result_type> 類型。因此可以使用各種靈活的方式構造 task 對象，其中 lambda 表達式無疑是最方便常用的一種。

接下來我們修改上面的程式，列印出線程 id 以便觀察並行任務的執行情況。

// final_answer_1.cpp
// compile with: /EHsc 

#include <ppltasks.h>
#include <iostream>
#include <thread>

using namespace concurrency;
using namespace std;

int main(int argc, char *argv[])
{
    cout << "Major thread id is: " << this_thread::get_id() << endl;

    task<int> final_answer([]
    {
        cout << "Thread id in task is:" << this_thread::get_id() << endl;
        return 42;
    });
    
    cout << "The final answer is: " << final_answer.get() << endl;
    
    return 0;
}

繼續編譯執行，得到輸出結果：

Major thread id is: 164824

Thread id in task is: 164824

The final answer is: 42

註意兩個線程 id 是相同的，很有些意外，任務是在主線程執行的而非預計的其他後臺工作線程。實際上這是 PPL 的優化策略造成的。

再修改下程式，在 task 對象構造完成後加一個 sleep 調用掛起當前線程一小段時間：

int main(int argc, char *argv[])
{
    cout << "Major thread id is: " << this_thread::get_id() << endl;

    task<int> final_answer([]
    {
        cout << "Thread id in task is:" << this_thread::get_id() << endl;
        return 42;
    });
    
    this_thread::sleep_for(chrono::milliseconds(1));

    cout << "The final answer is: " << final_answer.get() << endl;
    
    return 0;
}

這次輸出結果發生了變化：

Major thread id is: 173404

Thread id in task is: 185936

The final answer is: 42

PPL 使用了一個新的線程執行並行任務，實際上 PPL 是使用了線程池來執行被調度到的任務。

而在上一個程式中，由於沒有 sleep，也沒有其他耗時的代碼，執行到 task::get 方法時並行任務尚未被調度所以直接在當前線程執行該任務，這樣就節省了兩次線程切換的開銷。

MSDN 中對 task::wait 方法的說明：

It is possible for wait to execute the task inline, if all of the tasks dependencies are satisfied, and it has not already been picked up for execution by a background worker.

task::get 方法的內部實現會先調用 task::wait 方法所以有同樣的效果。

本章小結：

1. task 類對象構造完成後即可被調度執行；

2. 並行有可能被優化在當前線程執行；

留一個問題，如果 task 對象構造後馬上析構，該並行任務是否會被調度執行呢？

本章代碼使用 visual studio community 2013 編譯調試通過。

本章參考文檔：

How to: Create a Task that Completes After a Delay 
task Class (Concurrency Runtime)